专利名称：一种污染水体的氨氮吸附材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及无机矿物化学和吸附科学领域，具体涉及一种污染水体的氨氮吸附材 料及制备方法。
背景技术：
氮是天然水体重要生源要素之一，氨氮广泛存在江、河、湖、海和地表水及地下水 中，是水体质量评价的重要指标之一。水中氨氮的来源主要有生活污水中各种蛋白质有机 物在微生物作用下，发生复杂的生物化学作用，分解产生的NH3 ；工业废水(如焦化废水、合 成氮化肥厂废水等)和农业施肥等。水体氨氮含量较高时，极易引起富营养化，对水生生物 和人们生活造成极大的危害。因此，随着人们环境保护意识的增强，去除原水中氨氮的技术 也是当前水处理技术的研究重点。目前，常用于去除原水中氨氮的工艺主要有生化法[1]、吹脱法[2]、折点加氯法[3]和 吸附法M四种。生化法是采用较广泛的去除氨氮工艺，包含接触氧化法和臭氧生物活性炭法。接 触氧化法设备复杂，处理的构筑物较大，成本大，由于这种方法受水温影响很大，冬季低温 时去除氨氮的效果差，使这种工艺的应用受到限制。臭氧生物活性炭方法同样存在着投资 大、冬季去除氨氮效果差的缺点。吹脱法的工作环境温度要在0°C以上，因为低于0°C时，氨吹脱塔是不能工作的， 同时水中碳酸钙的残垢会在吹脱塔的填料中沉积，从而导致吹脱效率降低。折点加氯法是净水厂常用的去除氨氮方法，但折点加氯会大大增加氯的投加量， 增加制水成本，而且水中的消毒副产物含量也会大大增加，影响饮用水水质。吸附法中有一种利用沸石去除氨氮的技术。沸石使用上可分为粒状和粉状。沸石 在我国储量丰富、价格低廉、吸附容量大[5]，同时具有孔隙度高、比表面积大，离子交换性、 吸附性等优异的性能[6"]，沸石对氨氮具有较高的选择吸附性，因此，利用沸石去除氨氮具 有很好的应用前景。目前，粒状沸石的应用是采用0. 6 1. 6毫米粒径的粒状沸石作为滤料进行过滤 和吸附，将粒状沸石放入相应装置中来直接使用。但不足之处在于吸附容量较小，导致在较 短的时间内失效，再生周期短。因此，粒状沸石在实际应用中存在较大问题。若采用粉状沸石除氨氮，存在一突出矛盾沸石的粒径越小，交换容量愈高，对污 染物去除效果越好，但粒径太小的粉末易随出水流失，影响出水水质，并还会增大使用装置 的水头损失。水头损失是水流中单位质量水体因克服水流阻力做功而损失的机械能，液体 的粘滞性是产生水头损失的内因，也是根本原因。(参考文献[1]华光辉，张波.城市污 水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策[J].给水排水，2000，20 (1 :2-3. [2]许国强， 曾光明等.氨氮废水处理技术现状及发展[J].湖南有色金属，2002，18 O) :29-33. [3]张 希衡·水污染控制工程[M].北京冶金工业出版社，1993，沘2-沘6. [4]Mark Ε. Davisand Raul F. Lobo. Zeolite and molecular sieve synthesis[J]. Chem. Mater. ,1992,4 (4)756-768. [5]刘玉亮，罗固源等.斜发沸石对氨氮吸附性能的试验分析[J].重庆大学学报， 2004,27 (1) :62-65. [6]MarkA. Keane. The removal of copper and nickel from aqueous solution usingY zeolite ion exchangers[J]. Colloids and Surfaces,1998,138 11-20. [7]Hidekazu Tanaka, Norito Yamasaki,Masakazu Muratani,et al. Structureand formation process of (K, Na)-clinoptilolite[J]. Materials ResearchBulletin 2003, 38,713-722.)
发明内容
本发明的目的是提供一种污染水体的氨氮吸附材料及制备方法。原材料为改性沸 石粉，利用有机无机杂化理论和材料熔融共混技术制备一种复合型吸附材料这种材料具 有很好的吸附氨氮能力，不仅保持着沸石价廉物美的特点，而且能有效改善采用粉末沸石 除氨氮时存在的缺陷。本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料，采用三元乙丙橡胶作为基体，利用 化学改性后的改性沸石作为填料，过氧化二异丙苯作为交联剂，液体石蜡作为润滑剂，利用 熔融共混及模压成型的方法，直接制备出一种吸附性能良好的污染水体的氨氮处理材料。本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料，其成分及重量百分比如下三元乙 丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的重量百分比为65 90. 5% 9 0. 5 1%; 液体石蜡的体积mL数与三元乙丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的总重量g数的比为 1 100。本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料制备方法的步骤如下(1)天然沸石的预处理天然沸石用去离子水清洗，烘干，研磨成粉末，过200目筛 网，得到天然沸石粉；(2)将天然沸石粉，放入浓度为lmol/L的氯化钠溶液中，用磁力加热搅拌器搅拌， 在70°C下水浴加热池，用去离子水洗涤干净，干燥，得到改性沸石粉，密封保存备用；(3)按照配比，将改性沸石粉与三元乙丙橡胶混合均勻后加入哈克流变仪中，熔 融温度为220°C，在混合物呈熔融状态后，添加过氧化二异丙苯和液体石蜡，经过熔融混炼 5min后取出再放入开炼机中，开炼温度为160°C，2min后取出，得到初料；(4)初料在室温下放置M小时后，在160°C下用平板硫化机压出毛料，保压时间为 10分钟，毛料在真空烘箱内80°C下热平衡IOh后，得到污染水体的氨氮吸附材料。有益效果本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料，选用性能优良的三元乙 丙橡胶作为基体，氯化钠改性处理后的沸石粉作为填料，制备出的吸附材料对污水中的氨 氮具备较好的吸附能力，并在实际应用中取得了较好的吸附效果，适用于中性以及酸性的 城市及乡村等各类氨氮污染的水体坏境中，尤其是受氨氮污染的渠系水田区来使用。本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量，在使用温度保持在 室温20°C时，污染水体的氨氮吸附材料的吸附容量在pH值为2. 0 6. 0的范围内随pH值 的增大而增大，在PH值为6. 0时达到最大值；在pH值为6. 0 9. 0的范围内随pH值的增 大而降低；在PH值为4. 0 6. 2范围内，根据污染水体的氨氮吸附材料的吸附容量计算得 到的氨氮去除率为80-90%。在使用环境的pH值为7不变时，污染水体的氨氮吸附材料 在10 35°C范围内随着温度的升高吸附容量呈现逐渐减小的趋势，其中，围内，吸附容量减小的趋势较快，当温度升高到>20°C时，吸附容量吸附容量减小的趋势减 慢。在PH = 7，温度=20°C，本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量， 氨氮吸附值为2. 23-4. 25/mg · g—1。pH = 7，在10°C时，污染水体的氨氮吸附材料的吸附容 量为4. 78mg/g ；pH = 7，在20°C时，污染水体的氨氮吸附材料的吸附容量为4. 25mg/g ；pH = 7，在40°C时，污染水体的氨氮吸附材料的吸附容量为3. 17mg/g。
图1 (a)是天然沸石粉红外光谱图；(b)是NaCl改性天然沸石红外光谱图。
图2 (a)是天然沸石粉X-RD射线图；(b)是NaCl改性沸石粉X-RD射线图。图3是由实施例1得到的污染水体的氨氮吸附材料的电子显微镜照片(倍率 10000倍)；(a)是污染水体的氨氮吸附材料内部分散情况；(b)是污染水体的氨氮吸附材 料微观结构图。图4是温度一定(20°C)时，不同pH值下，污染水体的氨氮吸附材料对污水中氨氮 吸附去除率的比较。图5是pH值一定(pH = 7)时，不同温度下，污染水体的氨氮吸附材料对污水中氨 氮吸附去除率的比较。
具体实施例方式实施例1(1)用去离子水将天然沸石清洗三遍，在80°C温度下烘干，用研钵研磨成粉末，过 200目筛网，得到200目天然沸石粉。(2)取200目天然沸石粉，放入lmol/L的氯化钠溶液中，磁力加热搅拌器搅拌，在 70°C下水浴加热池，用去离子水洗涤干净，干燥，得到改性沸石粉，密封保存备用。(3)将改性沸石粉与三元乙丙橡胶混合均勻，将混合物加入哈克流变仪中，熔融温 度为220°C，在混合物呈熔融状态后，添加过氧化二异丙苯(DCP)，三元乙丙橡胶、改性沸石 粉和过氧化二异丙苯的重量比为65% 34% 1% ；滴加ImL液体石蜡。经过熔融混炼 5min后取出直接放入开炼机中，开炼温度为160°C，剪切加工^iin后取出得到初料。(4)初料在室温下放置M小时后，在160°C下用平板硫化机压出直径为75mm厚度 为Imm的圆形毛料，保压时间为10分钟。毛料在真空烘箱内80°C下热平衡IOh后，得到污 染水体的氨氮吸附材料，记为~。实施例2三元乙丙橡胶、改性沸石粉和过氧化二异丙苯的重量比为90. 5% 9% 0. 5% ； 步骤O)的在70°C下水浴加热池，其余的同实施方式1，得到污染水体的氨氮吸附材料，记 为a2。实施例3三元乙丙橡胶、改性沸石粉和过氧化二异丙苯的重量比为 75% 24. 3% 0. 7% ；步骤(2)的在70°C下水浴加热池，其余的同实施方式1，得到污染水体的氨氮吸附 材料，记为A3。
表1本发明提供的一种污染水体的氨氮吸附材料的氨氮吸附容量
权利要求
1.一种污染水体氨氮吸附材料，其成分及重量百分比如下三元乙丙橡胶、改性沸石 和过氧化二异丙苯的重量百分比为65 90. 5% 9 0. 5 1 % ；液体石蜡的体 积mL数与三元乙丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的总重量g数的比为1 100。
2.如权利要求1所述的一种污染水体氨氮吸附材料，其特征在于，其成分及重量百分 比如下三元乙丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的重量百分比为65% 34% 1%。
3.如权利要求1所述的一种污染水体氨氮吸附材料，其特征在于，其成分 及重量百分比如下三元乙丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的重量百分比为 90. 5% 9% 0. 5%。
4.如权利要求1所述的一种污染水体氨氮吸附材料，其制备方法的步骤如下(1)天然沸石的预处理天然沸石用去离子水清洗，烘干，研磨成粉末，过200目筛网， 得到天然沸石粉；(2)将天然沸石粉，放入浓度为lmol/L的氯化钠溶液中，用磁力加热搅拌器搅拌，在 70°C下水浴加热池，用去离子水洗涤干净，干燥，得到改性沸石粉，密封保存备用；(3)按照配比，将改性沸石粉与三元乙丙橡胶混合均勻后加入哈克流变仪中，熔融温度 为220°C，在混合物呈熔融状态后，添加过氧化二异丙苯和液体石蜡，经过熔融混炼5min后 取出再放入开炼机中，开炼温度为160°C，2min后取出，得到初料；(4)初料在室温下放置M小时后，在160°C下用平板硫化机压出毛料，保压时间为10 分钟，毛料在真空烘箱内80°C下热平衡IOh后，得到污染水体氨氮吸附材料。
全文摘要
本发明公开了一种污染水体氨氮吸附材料及制备方法。所述的氨氮吸附材料重量配比为三元乙丙橡胶、改性沸石和过氧化二异丙苯的重量百分比为65～90.5％∶9～34％∶0.5～1％；液体石蜡的体积mL数与上述3种成分总重量g数比为1∶100。制备出的污染水体氨氮吸附材料对污水中的氨氮有较好的吸附率，在20℃，pH值为2.0～6.0范围内吸附容量随pH值的增大而增大，在pH值为6.0时达到最大值；在pH值为4.0～6.2范围内，污染水体的氨氮去除率为80-90％。在pH＝7，20℃，氨氮吸附值为2.23-4.25mg·g-1；pH＝7，10℃，污染水体的氨氮吸附材料的吸附容量为4.78mg/g。
文档编号C02F1/28GK102091602SQ20101062207
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘树元, 刘秀奇, 张燕, 祝惠, 阎百兴 申请人:中国科学院东北地理与农业生态研究所